JP4043005B2 - Friction welding method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種機材、特に輸送機器の軽量化のために、大型の構造体にアルミニウム及びその合金を使用する際に適用される摩擦接合方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
環境保護の観点から、燃料使用量を削減するために、各種機材、特に輸送機器の軽量化が積極的に進められており、機材へのアルミニウム及びアルミニウム合金の使用が多くなっている。アルミニウム及びその合金素材は、軽量であると共に断面形状の最適化により剛性を高くとることができ、平滑性にも優れているため車両、船舶等、輸送機器用部材として適している。
【0003】
しかしながら、機器用アルミニウム部材は押出加工により作製されるため、成形できる形材の幅が限定される。また、その接合には強度上の観点からアーク溶接(MIG、TIG)が適用されており、溶接時の熱歪により材料が変形するという問題もあった。外観を重視する部位では、アーク溶接時に形成される余盛の削除が必要となる。さらに、溶接時の多大な入熱による溶接部周辺の熱影響によって強度が低下し、その分構体を厚肉で設計しなくてはならず、折角の軽量効果を減少させている。
【0004】
車両用構造体には、6000系(Al−Mg−Si系)のアルミニウム合金押出材が最も多く使用されているが、通常の6000系合金では、アーク溶接時の入熱により溶接熱影響部(HAZ)が軟化し、本来の6000系合金押出形材の強度を大きく損ねる。また、アーク溶接特有のブローホールの発生や凝固割れ等の欠陥が生じることもあり、その手直しに溶接部をはつり、再溶接を行うため、多大の工数を要すると共に溶接部の外観もわるくなるという難点もある。
【0005】
入熱が少なく、軟化や歪の程度は少ない接合方式として、アルミニウム形材の突合わせ摩擦接合法(特開平9−309164号公報他)がある。この方式は、部材同士の一面あるいは二面の接合を摩擦接合することで、その接合部位の変形を抑え、良好な接合が短時間で得られることを目的とするものである。
【0006】
例えば、図18に示すように、実質的に平行な2枚の板c、dとこの2枚の板c、dを接続する部材eとからなる2枚のパネルa、bを接合する場合、一方のパネルaのそれぞれの板c、dの端部を他方のパネルbのそれぞれの板c、dの端部に摩擦接合する。その際、少なくとも一のパネルaあるいはbの端部には、板cとdとを接続する板fを設け、この板fにより摩擦接合する際の押し付け力を支持できるようにしている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記摩擦接合によるアルミニウム及びその合金製の二面構造の中空形材同士の摩擦接合は、接合部が溶融しないため、従来のTIG及びMIGに代表されるアーク溶接のような溶融溶接特有の欠陥がなく、接合部の強度低下も少ないが、部材同士を突き合わせた際、複数の接合部位が生じた場合に接合部位毎に接合作業を繰り返して行い対応するから、接合作業が煩雑となり、また、複数の板を重ねた状態で接合する場合の作業性にも問題がある。更に、摩擦接合工具の構造により、部材同士の接合の仕上がり具合が大きく異なるおそれもある。
【0008】
本発明は、輸送機器など各種機材に適用されるアルミニウム及びアルミニウム合金部材の摩擦接合における上記の問題を解消するためになされたものであり、その目的は、複数接合部位を同時に接合出来、重層の板も接合出来、しかも良好な仕上がりの摩擦接合を得ることが出来る摩擦接合方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための請求項1による摩擦接合方法は、突き合わせた際、複数の接合箇所が生じる2つの部材を摩擦接合する方法において、前記部材の厚みと同程度の長さを有するピンの両側に円盤を平行に固着して糸巻型接合部を構成し、該糸巻型接合部を複数設けてなる摩擦接合工具を、突き合わせにより生じた前記複数の接合箇所の一端から差し込んで他端まで移動させ、前記複数の接合箇所を同時に摩擦接合することを特徴とする。この構成においては、複数の接合箇所における複数の接合線に沿って摩擦接合を同時に行うから、一度の作業により部材同士の接合が可能となり、接合前段取り、接合後処理も一度でよいことになる。また、この工具構成によれば、糸巻型接合部を使用することで、裏当て治具が必要なくなり、糸巻型接合部が部材に追従して軸方向の振れが無くなり、複数の接合部位を同時に良好な仕上がりの摩擦接合が出来る。
【0010】
請求項2による摩擦接合方法は、接合するための2つの部材を重ね合わせ、該重ね合わせた2つの部材を複数同時に摩擦接合する方法において、複数の重ね合わせた2つの部材を互いに間隔を空けて拘束し、ピンの両側に円盤を平行に固着して糸巻型接合部を構成し、該糸巻型接合部を複数設けてなる摩擦接合工具を、前記複数の重ね合わせた2つの部材の接合箇所の一端から差し込んで他端まで移動させ、前記複数の重ね合わせた2つの部材の接合箇所を同時に摩擦接合することを特徴とする。従って、複数の重層した部材を同時に摩擦接合するから、一度の操作により複数の重層した部材の接合が可能になり、接合前段取り、接合後処理も一度でよいことになる。
【0011】
請求項3による摩擦接合方法は、接合するための2つの部材を突き合わせ、該突き合わせた2つの部材を複数同時に摩擦接合する方法において、複数の突き合わせた2つの部材を互いに間隔を空けて拘束し、ピンの両側に円盤を平行に固着して糸巻型接合部を構成し、該糸巻型接合部を複数設けてなる摩擦接合工具を、前記複数の突き合わせた2つの部材の接合箇所の一端から差し込んで他端まで移動させ、前記複数の突き合わせた2つの部材の接合箇所を同時に摩擦接合することを特徴とする。
【0012】
請求項4による摩擦接合方法は、請求項1〜3のいずれかにおいて、前記摩擦接合工具の糸巻型接合部が、前記部材を摩擦接合する際、前記部材と当接する部位に溝および/または突起を設けたことを特徴とする。従って、溝及び/又は突起により塑性流動状態にある部材の一部分がピン側に流れ、円盤による圧力と相まってなお一層良好な仕上がりの摩擦接合が得られる。
【0013】
請求項5による摩擦接合方法は、請求項1〜4のいずれかにおいて、前記摩擦接合工具の糸巻型接合部は前記摩擦接合工具に着脱自在であることを特徴とする。従って、ポータブルな回転工具に糸巻型接合部を接続すれば、現場での摩擦接合が可能となる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図1〜17に基づいて詳述する。
図1は本発明の第1の実施形態(請求項1に係る発明の実施形態)を示す接合部材の製作状態の側面図である。図において、接合するための部材1及び2は、共に面板3及び4がブリッジ5により接続されて中空形材を形成している。部材1及び2は、例えばアルミニウム及びその合金の押出形材よりなるが、これら部材1及び2の材質については、摩擦接合に供することが出来るものであれば特に限定はない。これら部材1及び2を突き合わせた際、面板3同士の接合箇所6及び面板4同士の接合箇所7が生じる。これら接合箇所6及び接合箇所7には接合線8及び9が形成され、その状態で摩擦接合時動かないように拘束治具(図示しない)にて拘束する。これら接合線8及び9に沿って摩擦接合工具10を回転状態で移動させ、これら接合箇所6及び7を同時に摩擦接合することにより接合部材Aが出来る。
【0015】
すなわち、この摩擦接合工具10は、面板3の厚みt1 と同程度の長さl1 (t1 とl1 とは略等しい)を有するピン11の両端に円盤12、13を平行に固着して糸巻型接合部14を構成し、更に、軸15を介して同構成の糸巻型接合部16が取り付けられてなる。なお、ピン11の長さは面板4の厚みと同程度とされる。また、糸巻型接合部14と16との距離L1 は、接合箇所6と7との距離L2 に等しい(L1 =L2 )。従って、上記構成の摩擦接合工具10を使用すれば裏当て治具が必要なくなり、糸巻型接合部14及び16が部材1及び2に追従して軸方向の振れが無くなる。また、部材1及び2の接合箇所6及び7を同時に摩擦接合することが可能となり、一度の操作により部材1及び2同士の接合を行うことができ、接合前段取り、接合後処理も一度でよいことになる。
【0016】
図2は本発明の第2の実施形態(請求項1に係る発明の実施形態)を示す接合部材の製作状態を示し、部材20及び21を突き合わせた際、3か所の接合箇所22、23、24が生じ、接合部材Bが形成される。図1に示す態様と比べ、摩擦接合工具10aも糸巻型接合部14と16の他に25が必要となる点で異なる。
【0017】
図3は本発明の第3の実施形態(請求項3に係る発明の実施形態)を示す接合部材の製作状態を示す。この実施形態においては、30及び31同士を多数突き合わせた際に生じた接合箇所32と同数の糸巻型接合部を有する摩擦接合工具10bによって、これら多数の板30及び31同士を同時に摩擦接合して、多数の接合部材Cを得ようとするものである。
【0018】
図4は本発明の第4の実施形態(請求項1に係る発明の実施形態)を示す接合部材の製作状態を示し、押し出し成型されたチャンネル33及び34を突き合わせ、その状態で拘束治具35にて拘束すると、接合箇所36及び37が生じ、図1と同様の摩擦接合工具10にて、接合箇所36及び37を同時に摩擦接合して、角パイプ状の接合部材Dを得ようとするものである。
【0019】
図5は本発明の第5の実施形態(請求項1に係る発明の実施形態)を示す接合部材の製作状態を示す。この態様においては、ハニカムパネル40の面板41及び42の端部の間にチャンネル33を嵌め込み、同様にハニカムパネル43の面板41及び42の端部の間にチャンネル34を嵌め込み、これらハニカムパネル40及び43を突き合わせると、面板41及び42同士の接合箇所44及び45が生じ、同時にチャンネル33及び34同士の接合箇所36及び37が生じる。従って、図4に示すのと同じ構成の摩擦接合工具10にて、面板41及び42同士の接合箇所44及び45並びに、チャンネル33及び34同士の接合箇所36及び37を同時に摩擦接合して、より大型のハニカムパネルである接合部材Eを得ようとするものである。なお、摩擦接合工具10の糸巻型接合部14のピン11の長さは、面板41の厚みとチャンネル33又は34の厚みとを足し合わせたものになり、更に糸巻型接合部16のピン11の長さは、面板42の厚みとチャンネル33又は34の厚みとを足し合わせたものになる。
【0020】
図6は参考として示す接合部材の製作状態である。図1の部材1及び2を突き合わせた際、生じる接合箇所6及び接合箇所7を摩擦接合工具10cにて同時に摩擦接合して接合部材Aを作るものであるが、何らかの事情により、接合箇所7につき糸巻型接合部16を使用できない場合に円盤13が無く、ピン11のみで接合するものである。従って、面板4の下面に裏当て治具46が必要になる。
【0021】
図7は2つの部材を重ね合わせて接合する接合形態を参考として示すもので、接合するための部材、すなわち、板50及び51を重ね合わせ、その一端から摩擦接合工具10dを差し込んで他端まで移動させて、摩擦接合して接合部材Fを作るものである。この摩擦接合工具10dは、1の糸巻型接合部52があり、ピン11の長さは重ね合わせた板50及び51の厚みにほぼ等しくなっている。そして、回転しているピンが重ね合わせた板50及び51の一端から他端まで移動している間に、発生する摩擦熱によりピン11の通過部位が可塑化してピン11両端の円盤12、13による圧力が付加されて、重ね合わせた板50及び51同士が接合されることになる。
【0022】
図8は本発明の第6の実施形態(請求項2に係る発明の実施形態)を示す接合部材の製作状態を示し、接合するための部材、すなわち、重ね合わせた板50及び51を複数同時に摩擦接合しようとするものである。従って、図1に示す摩擦接合工具10が使用される。その他は図7示す実施形態と全く同じである。
【0023】
図9は参考として示す接合部材の製作状態である。接合するための部材53は重ね合わせ継ぎ手54を有し、その継ぎ手54上に板55が嵌められ、あたかも2枚の板が重ねられている状態となっている。従って、部材53及び板55は突き合わせにより生じる接合箇所56と、部材53の継ぎ手54及び板55が重ねられている状態とが発生する。従って、これら部材53及び板55の接合は接合箇所56でも良いし、継ぎ手54及び板55の重層箇所でも良い。図9では重層箇所を接合している。継ぎ手54の状況から、図6に示す摩擦接合工具10cが使用され、裏当て治具46が必要となる。
【0024】
次に、本発明の効果を確認するための実施例について説明する。
実施例1
図1に示す断面形状を備え、面板厚さ3mm、ブリッジ厚さ3mm、全体厚さ30mmの寸法を有するアルミニウム合金押出形材(6N01−T5、長さ15m)突き合わせ、接合時に開かないように拘束した。ピンが直径4.0mm、長さ3mmで、円盤の直径10mmの糸巻型接合部を2つ有する摩擦接合工具を3000rpmで回転させ、250mm/分の送り速度で接合線に沿って移動させて、2枚の面板を同時に摩擦接合を行った。その結果、接合誤差等がなく、表面に欠陥が無く、X線透過検査でも内部に欠陥の認められない摩擦接合部が得られた。なお、糸巻型接合部のピンの外表面に高さ0.5mmの突起をピンの軸方向に対して45度の角度で等間隔で4本設けた。
【0025】
実施例2
図8に示す断面形状を有する6N01−T5からなる厚さ2.5mmの板材を2枚重ね、更に厚さ2.5mmの板材と厚さ5.0mmの板材とを重ね、これら2枚重ねの板材を75mm離して拘束した。ピンが直径5.0mm、長さ5mmで、円盤の直径が15mmの糸巻型接合部と、ピンが直径5.0mm、長さ7.5mmで、円盤の直径が15mmの糸巻型接合部とを有する摩擦接合工具を3000rpmで回転させ、250mm/分の送り速度で、これら板材の一端から他端に移動させて、2つの板材を同時に摩擦接合を行った。その結果、接合誤差等がなく、表面に欠陥が無く、透過X線検査でも内部に欠陥の認められない摩擦接合部が得られた。なお、糸巻型接合部のピンの外表面に高さ0.5mmの突起をピンの軸方向に対して45度の角度で等間隔で4本設けた。
【0026】
以上、図1〜9の各部材あるいは板の摩擦接合に関連して、摩擦接合工具10、10a、10b、10c、10dについて説明したが、糸巻型接合部14のピン11及び円盤12、13の構造により、摩擦接合の仕上がりに大きく差が出て来ることが明らかとなった。基本形の摩擦接合工具10は、摩擦接合する部材の厚みと同程度の長さを有するピン11の両端に円盤12、13を平行に固着して糸巻型接合部14を構成し、該糸巻型接合部14を1つ以上備えたものである。なお、摩擦接合工具10、10a〜10dは、いずれも回転動力機の軸に着脱自在であり、必要に応じて種々の形態の摩擦接合工具に変えることができる。更に、ポータブルな回転動力機を使用すれば、現場においても摩擦接合することが可能となる。
【0027】
これに対して図10〜13に示すものは、この糸巻型接合部14が部材を摩擦接合する際当接する部位、すなわちピン11の外周面及び円盤12、13の内側面に溝60及び/又は突起61を設け、塑性流動状態にある部材の一部分が糸巻型接合部14のピン11側に流れるようにしたものである。従って、糸巻型接合部14を使用することで、裏当て治具が必要なくなり、糸巻型接合部14が部材に追従して軸方向の振れが無くなり、溝60及び/又は突起61により塑性流動状態にある部材の一部分がピン11側に流れ、円盤12、13による圧力と相まって良好な摩擦接合が得られる。
【0028】
次に、上記溝60及び/又は突起61による効果を実施例により証明する。
実施例3
糸巻型接合部のピンの直径4mm、長さ4mmで、円盤の直径が12mmの摩擦接合工具を用い、これを3000rpmで回転させ、250mm/分の送り速度で、厚さ4mmのアルミニウム合金押出形材(6N01−T5)の突き合わせた接合箇所を摩擦接合した。この場合、ピンの外周面に図10、11に示すような溝60、すなわち、幅0.5mm、深さ0.5mm、長さ1.5mmの溝60をピンの軸方向に対して45度の角度で等間隔で6本上下2列に刻んだものを使用した。
【0029】
実施例4
実施例3において、ピンの外周面に図12、13に示すような突起61、すなわち、幅0.5mm、高さ0.5mm、長さ1.5mmの突起61を、ピンの軸方向に対して45度の角度で等間隔で6本上下2列に設けたものを使用した。その他の条件は実施例3と同様とした。
【0030】
実施例5
実施例3において、2枚の円盤の内側面に図14、15に示すような溝60a、すなわち、最大幅1.0mm、深さ0.5mm、長さ3.0mmの溝60aを、等間隔で4本形成したものを使用した。その他の条件は実施例3と同様とした。
【0031】
実施例6
実施例3において、2枚の円盤の内側面に図16、17に示すような突起61a、すなわち、最大幅1.0mm、高さ0.5mm、長さ3.0mmの突起61aを、等間隔で4本設けたものを使用した。その他の条件は実施例3と同様とした。
【0032】
実施例7
実施例3において、ピンの外周面に図12、13に示すような突起61を設け、2枚の円盤の内側面に図14、15に示すような溝60aを設けたものを使用した。その他の条件は実施例3と同様とした。
【0033】
比較例1
実施例3において、ピンの外周面及び円盤の内側面に溝及び/又は突起が全く無いものを用いて、厚さ4mmのアルミニウム合金押出形材(6N01−T5)の突き合わせた接合箇所を摩擦接合した。その他の条件は実施例3と同様とした。結果につき表1に示す。
【0034】
【表1】
【0035】
表1に示すように、実施例4、5及び7においては、溶接部の表面性状及び曲げに対して何ら問題なく良好な結果が得られた。また、実施例3及び6においては、若干の溶接部欠陥があるものの、曲げに対しては問題なく使用可能である。これに対して、比較例1は溶接部表面及び曲げ共に問題が発生し使用不可能である。
【0036】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項1、3の発明によれば、複数の接合箇所における複数の接合線に沿って摩擦接合を同時に行うから、一度の作業により部材同士の接合が可能になり、接合前段取り、接合後処理も一度でよいことになる。従って、歪みや強度低下がないのは無論のこと、良好な摩擦接合を得ることが出来、しかも大型の構造物が少ない工数で出来、低価格化が図れる。
【0037】
請求項2の発明によれば、重ね合わせた部材に糸巻型の摩擦接合工具のピンを差し込み、部材の一端から他端まで移動させるから、回転しているピンにより発生する摩擦熱によりピンの通過部位が可塑化してピン両端の円盤による圧力が付加されて重ね合わせた部材同士がスポット接合されることになる。従って、重ね合わせた部材についても、歪みや強度低下がないのは無論のこと、良好な摩擦接合を得ることが出来る。
【0038】
また、請求項3の発明によれば、複数の重層した部材を同時に摩擦接合するから、一度の操作により複数の重層した部材の接合が可能になり、接合前段取り、接合後処理も一度でよいことになる。従って、重層した部材の接合が少ない工数で出来、低価格化が図れる。
【0039】
請求項1〜5の発明によれば、構造の複雑な各種部材の接合箇所を同時に接合できるから、大型の接合部材の製作が容易になり、軽量化の達成がし易くなる。従って、強度面、コスト面の双方から好適な大型の接合部材を得られる。
【0040】
請求項1〜3の発明によれば、糸巻型接合部を使用することで、裏当て治具が必要なくなり、糸巻型接合部が部材に追従して軸方向の振れが無くなり、複数の接合部位を同時になお一層仕上がりの良好な摩擦接合が出来る。従って、裏当て治具を使用する際の段取りも必要なく、振れが無い分摩擦接合の仕上がりが良く、加えて同時摩擦接合により、工数削減が出来る。
【0041】
請求項6の発明によれば、溝及び/又は突起により塑性流動状態にある部材の一部分がピン側に流れ、円盤による圧力と相まって良好な摩擦接合が得られる。従って、上記効果に加えて、摩擦接合の仕上がりがなお一層良くなる。
【0042】
請求項7の発明によれば、上記効果に加えて、ポータブルな回転工具に糸巻型接合部を着すれば、現場での摩擦接合も可能となるし、ポータブルな回転工具でなくても、必要に応じた糸巻型接合部を着すれば、どのような接合箇所にも容易に対応できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施形態を示す接合部材の製作状態の側面図である。
【図2】 本発明の第2の実施形態を示す接合部材の製作状態の側面図である。
【図3】 本発明の第3の実施形態を示す接合部材の製造状態の断面図である。
【図4】 本発明の第4の実施形態を示す接合部材の製造状態の斜視図である。
【図5】 本発明の第5の実施形態を示す接合部材の製造状態の斜視図である。
【図6】 裏当て冶具が必要な場合における接合部材の製造状態の側面図である。
【図7】 2つの部材を重ね合わせて接合する接合状態を示す側面図である。
【図8】 本発明の第6の実施形態を示す接合部材の製造状態の側面図である。
【図9】 裏当て冶具が必要な場合における接合部材の製造状態の側面図である。
【図10】 本発明の摩擦接合工具の糸巻型接合部の構造の一実施形態を示す側面図である。
【図11】 図10の断面図である。
【図12】 本発明の摩擦接合工具の糸巻型接合部の構造の他の実施形態を示す側面図である。
【図13】 図12の断面図である。
【図14】 本発明の摩擦接合工具の糸巻型接合部の構造のさらに他の実施形態を示す側面図である。
【図15】 図14の断面図である。
【図16】 本発明の摩擦接合工具の糸巻型接合部の構造のさらに他の実施形態を示す側面図である。
【図17】 図16の断面図である。
【図18】 従来の摩擦接合を示す断面図である。
【符号の説明】
1、2、20、21、53 部材
3、4、41、42 面板
5 ブリッジ
6、7、22、23 接合箇所
24、32、36、37 接合箇所
44、45、56 接合箇所
8、9 接合線
10、10a、10b 摩擦接合工具
10c、10d 摩擦接合工具
11 ピン
12、13 円盤
14、16、25、52 糸巻型接合部
15 軸
30、31、50 板材
51、55 板材
33、34 チャンネル
35 拘束治具
40、43 ハニカムパネル
46 裏当て治具
54 継ぎ手
60、60a 溝
61、61a 突起
A、B、C、D、E、F 接合部材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a friction joining method applied when aluminum and its alloy are used in a large structure for reducing the weight of various equipment, particularly transportation equipment.
[0002]
[Prior art]
From the viewpoint of environmental protection, in order to reduce the amount of fuel used, various types of equipment, particularly transportation equipment, are being actively reduced in weight, and the use of aluminum and aluminum alloys in the equipment is increasing. Aluminum and its alloy material are light weight, can have high rigidity by optimizing the cross-sectional shape, and are excellent in smoothness, and thus are suitable as members for transportation equipment such as vehicles and ships.
[0003]
However, since the aluminum member for equipment is produced by extrusion, the width of the shape material that can be formed is limited. Further, arc welding (MIG, TIG) is applied to the joining from the viewpoint of strength, and there is a problem that the material is deformed by thermal strain during welding. It is necessary to delete the surplus formed at the time of arc welding at a part where the appearance is important. Further, the strength is lowered due to the heat influence around the welded part due to the great heat input during welding, and the structure must be designed with a thicker wall, reducing the light-weight effect at the corners.
[0004]
6000 series (Al-Mg-Si series) aluminum alloy extruded materials are most often used for vehicle structures, but in ordinary 6000 series alloys, the heat affected zone (by heat input during arc welding) HAZ) is softened, and the strength of the original extruded 6000 series alloy is greatly impaired. In addition, defects such as the occurrence of blowholes and solidification cracks peculiar to arc welding may occur, and the welded part is reworked and re-welded, which requires a lot of man-hours and the appearance of the welded part is also impaired. There are also difficulties.
[0005]
As a joining method with less heat input and less softening and distortion, there is an aluminum shape butt friction joining method (JP-A-9-309164, etc.). The purpose of this method is to frictionally join one surface or two surfaces of members to suppress deformation of the joint portion and to obtain a good joint in a short time.
[0006]
For example, as shown in FIG. 18, when joining two panels a and b composed of two substantially parallel plates c and d and a member e connecting the two plates c and d, The end portions of the plates c and d of one panel a are friction-joined to the end portions of the plates c and d of the other panel b. At that time, a plate f for connecting the plates c and d is provided at the end of at least one panel a or b so that the pressing force at the time of frictional joining can be supported by the plate f.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Friction welding of aluminum and its alloy two-sided hollow profile made by the above friction welding does not melt the joint, so there are defects specific to fusion welding such as arc welding represented by conventional TIG and MIG. Although there is little decrease in strength of the joint part, when a plurality of joining parts are produced when the members are brought together, the joining work is repeatedly performed for each joining part, so that the joining work becomes complicated. There is also a problem in workability when joining in the state where the plates are stacked. Furthermore, the finish of joining of members may be greatly different depending on the structure of the friction welding tool.
[0008]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems in friction welding of aluminum and aluminum alloy members applied to various equipment such as transportation equipment, and the purpose thereof is to be able to join a plurality of joint sites at the same time. It is an object of the present invention to provide a friction joining method capable of joining plates and obtaining a friction finishing with a good finish.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
A friction joining method according to claim 1 for achieving the above object is a method of friction joining two members in which a plurality of joining points are produced when they are brought into contact with each other, and a pin having a length comparable to the thickness of the member. A disk is fixed in parallel on both sides to form a pincushion joint, and a friction welding tool comprising a plurality of pincushion joints is inserted from one end of the plurality of joints generated by the butting to the other end. The plurality of joints are frictionally joined at the same time. In this configuration, since friction welding is simultaneously performed along a plurality of joining lines at a plurality of joining locations, members can be joined by a single operation, and pre-joining setup and post-joining processing may be performed once. . Further, according to this tool configuration, the use of the pincushion joint eliminates the need for a backing jig, the pincushion joint follows the member, eliminates axial deflection, and allows a plurality of joints to be simultaneously formed. Friction welding with good finish is possible.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a friction joining method in which two members for joining are overlapped, and a plurality of the two overlapped members are frictionally joined at the same time. The pin is fixed in parallel on both sides of the pin to form a pincushion joint, and a friction welding tool provided with a plurality of pincushion joints is used to connect the plurality of overlapped two members . It is characterized in that it is inserted from one end and moved to the other end, and the joint portions of the two overlapped two members are simultaneously friction joined. Accordingly, since the plurality of stacked members are friction-bonded at the same time, it is possible to bond the plurality of stacked members by a single operation, and the pre-bonding setup and post-bonding processing may be performed once.
[0011]
The friction joining method according to
[0012]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a friction welding method according to any one of the first to third aspects, wherein the pincushion type joint portion of the friction welding tool has a groove and / or a protrusion at a portion that comes into contact with the member when the member is frictionally joined. Is provided. Accordingly, a part of the member in a plastic flow state flows to the pin side due to the grooves and / or protrusions, and a friction bonding with an even better finish is obtained in combination with the pressure by the disk.
[0013]
Friction welding method according to
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
FIG. 1 is a side view of a production state of a joining member showing a first embodiment ( embodiment of the invention according to claim 1) of the present invention. In the figure, the members 1 and 2 to be joined together have a
[0015]
That is, the
[0016]
FIG. 2 shows a production state of a joining member showing a second embodiment ( embodiment of the invention according to claim 1) of the present invention, and when joining the
[0017]
FIG. 3 shows a manufacturing state of a joining member showing a third embodiment ( embodiment of the invention according to claim 3) of the present invention . In this embodiment, the large number of
[0018]
FIG. 4 shows a manufacturing state of a joining member showing a fourth embodiment ( embodiment of the invention according to claim 1) of the present invention, in which extruded
[0019]
FIG. 5 shows a manufacturing state of a joining member showing a fifth embodiment ( embodiment of the invention according to claim 1) of the present invention. In this embodiment, the
[0020]
FIG. 6 shows a manufacturing state of the joining member shown as a reference. When the members 1 and 2 in FIG. 1 are abutted together, the joining
[0021]
FIG. 7 shows, as a reference, a joining form in which two members are overlapped and joined. The members for joining, that is, the
[0022]
FIG. 8 shows a production state of a joining member showing a sixth embodiment of the present invention ( embodiment of the invention according to claim 2), and a plurality of members for joining, that is, a plurality of stacked
[0023]
FIG. 9 shows a manufacturing state of the joining member shown as a reference. The
[0024]
Next, examples for confirming the effects of the present invention will be described.
Example 1
The aluminum alloy extruded shape (6N01-T5, length 15m) having the cross-sectional shape shown in FIG. 1 and having dimensions of a face plate thickness of 3 mm, a bridge thickness of 3 mm, and an overall thickness of 30 mm is constrained so that it does not open during joining. did. A friction welding tool having a pin having a diameter of 4.0 mm, a length of 3 mm, and two pincushion type joints having a disk diameter of 10 mm is rotated at 3000 rpm and moved along the joining line at a feed rate of 250 mm / min. Two face plates were simultaneously friction bonded. As a result, there was obtained a friction bonded portion having no bonding error or the like, no defect on the surface, and no defect found in the X-ray transmission inspection. In addition, four protrusions having a height of 0.5 mm were provided on the outer surface of the pin of the pincushion joint at an angle of 45 degrees with respect to the axial direction of the pin.
[0025]
Example 2
Two 2.5 mm-thick plate members made of 6N01-T5 having the cross-sectional shape shown in FIG. 8 are stacked, and further, a 2.5 mm-thick plate material and a 5.0 mm-thick plate material are stacked. The plate material was restrained with a separation of 75 mm. A pincushion joint having a pin diameter of 5.0 mm and a length of 5 mm and a disk diameter of 15 mm; and a pincushion joint having a pin diameter of 5.0 mm and a length of 7.5 mm and a disk diameter of 15 mm. The friction welding tool was rotated at 3000 rpm and moved from one end of these plates to the other at a feed rate of 250 mm / min, and the two plates were simultaneously friction bonded. As a result, there was obtained a friction bonded portion having no bonding error and the like, having no defects on the surface, and having no defects found in the transmission X-ray inspection. In addition, four protrusions having a height of 0.5 mm were provided on the outer surface of the pin of the pincushion joint at an angle of 45 degrees with respect to the axial direction of the pin.
[0026]
The
[0027]
On the other hand, what is shown in FIGS. 10 to 13 is a
[0028]
Next, the effect of the
Example 3
Using a friction welding tool with a pin diameter of 4 mm, a length of 4 mm, and a disk diameter of 12 mm, the pin of the pincushion type joint is rotated at 3000 rpm, and an aluminum alloy extruded shape with a thickness of 4 mm at a feed rate of 250 mm / min. The jointed part of the material (6N01-T5) was friction bonded. In this case, a
[0029]
Example 4
In Example 3, a
[0030]
Example 5
In Example 3,
[0031]
Example 6
In Example 3,
[0032]
Example 7
In Example 3, a
[0033]
Comparative Example 1
In Example 3, using a pin having no grooves and / or protrusions on the outer peripheral surface of the pin and the inner surface of the disk, the joined portion of the aluminum alloy extruded section (6N01-T5) having a thickness of 4 mm was friction bonded. did. Other conditions were the same as in Example 3. The results are shown in Table 1.
[0034]
[Table 1]
[0035]
As shown in Table 1, in Examples 4, 5 and 7, good results were obtained without any problems with respect to the surface properties and bending of the welded portion. In Examples 3 and 6, although there are some weld defects, it can be used without problems for bending. On the other hand, Comparative Example 1 cannot be used because of problems in both the weld surface and bending.
[0036]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the inventions of
[0037]
According to the invention of claim 2, since the pin of the pincushion type friction welding tool is inserted into the overlapped member and moved from one end of the member to the other end, the pin passes by the frictional heat generated by the rotating pin. The parts are plasticized, and the pressure applied by the disks at both ends of the pin is applied, so that the overlapped members are spot-joined. Accordingly, it is a matter of course that there is no distortion or a decrease in strength of the overlapped members, and good friction bonding can be obtained.
[0038]
Further , according to the invention of
[0039]
According to the invention of claims 1 to 5, since it joined the joint complex various members of the structure at the same time, production of a large joint member is facilitated, easily to achieve weight reduction. Therefore, a suitable large-sized joining member can be obtained in terms of both strength and cost.
[0040]
According to the first to third aspects of the present invention, the use of the pincushion type joint eliminates the need for a backing jig, the pincushion type joint follows the member, and there is no runout in the axial direction. At the same time, it is possible to achieve friction bonding with an even better finish. Therefore, there is no need for setup when using the backing jig, the finish of the friction welding is good because there is no runout, and the number of steps can be reduced by simultaneous friction welding.
[0041]
According to the sixth aspect of the present invention, a part of the member in the plastic flow state flows to the pin side due to the grooves and / or protrusions, and a good friction joining is obtained in combination with the pressure by the disk. Therefore, in addition to the above effects, the finish of friction welding is further improved.
[0042]
According to the invention of
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view of a manufacturing state of a joining member showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view of a manufacturing state of a joining member showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a manufacturing state of a joining member showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view of a manufacturing state of a joining member showing a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view of a manufacturing state of a joining member showing a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a side view of a manufacturing state of a joining member when a backing jig is required .
FIG. 7 is a side view showing a joining state in which two members are superposed and joined .
FIG. 8 is a side view of a manufacturing state of a joining member showing a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a side view of a manufacturing state of a joining member when a backing jig is required .
FIG. 10 is a side view showing an embodiment of the structure of the pincushion joint of the friction welding tool of the present invention.
11 is a cross-sectional view of FIG.
FIG. 12 is a side view showing another embodiment of the structure of the pincushion joint of the friction welding tool of the present invention.
13 is a cross-sectional view of FIG.
FIG. 14 is a side view showing still another embodiment of the structure of the pincushion joint portion of the friction welding tool of the present invention.
15 is a cross-sectional view of FIG.
FIG. 16 is a side view showing still another embodiment of the structure of the pincushion joint of the friction welding tool of the present invention.
FIG. 17 is a cross-sectional view of FIG.
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a conventional friction welding.
[Explanation of symbols]
1, 2, 20, 21, 53
Claims (5)
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